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纳米级石墨烯纺成“绕指柔”

发布时间:2011年12月18日 18:08 | 进入复兴论坛 | 来源:人民网 | 手机看视频


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  近日,浙江大学高分子系高超课题组用纳米级的氧化石墨烯片纺制成长达数米的宏观石墨烯纤维。所制备的纤维不但强度高,而且韧性好,可打成结或编织成导电的垫子。此种纤维很可能是实现石墨烯在现实器件(如柔性电池和太阳能电池)应用的关键材料。相关论文发表在最新一期的《自然―通讯》上,《自然》杂志在线新闻同时作了专门报道。

  石墨烯在晶体管、纳米结构及功能复合材料、锂离子电池等领域有着广阔的应用前景。但其也有一个“坏脾气”,就是难以溶解。此外,由于溶解度低、缺少组装方法,如何实现石墨烯有序排列的宏观纤维成为一大挑战。

  高超课题组找到了将微小的(一微米宽)二维碳纳米片有效排列成宏观材料的方法。他们使用一种叫湿法纺丝的工业方法,将氧化石墨烯(一种易溶解的石墨烯衍生物)的水溶液纺制成长达数米的纤维。然后采用化学还原的方法将其处理,得到了石墨烯长纤维。

  “近年来,对石墨烯基本性质的研究取得了很大进展,但在我们的研究之前,人们很难想象怎样将不足一纳米厚的石墨烯片变成宏观的纤维材料。”论文作者之一高超介绍说。

  该课题组制备石墨烯纤维的诀窍在于先制备高浓度的纯氧化石墨烯溶液。尽管这一看似半固体半液体的分散液可像黏稠的液体一样流动,但其中的氧化石墨烯大分子却能自发地整齐排列。高超解释说:“正是这种有序的内部结构,使我们得到的液晶分散液可很好地用于纤维的纺制。”

  据介绍,这种石墨烯纤维在室温下用水溶液纺丝即可制得,其制备过程方便快捷、绿色环保。

  如何提高石墨烯纤维的力学强度是该课题组的下一个目标。“尽管现在石墨烯纤维的力学强度与碳纤维相比还有较大的差距(其韧性远优于碳纤维),但我们相信提升的空间还很大。”高超说。

  图1:石墨烯纤维(黑色)编织的“中”字。

  图2:一根四米长的石墨烯纤维。周炜

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